钢棚+注浆支护在煤巷过断层破碎带中应用

高 辉

1 工程概述

大同煤矿集团永定庄煤业公司井田内共分为两个盘区，即南盘区和北盘区，盘区内回采煤层为3#～5#煤层，煤层平均厚度为14.38 m，煤层结构复杂，煤体结构为构造煤，煤层倾角为1°～7°，平均倾角为4°，煤层中存在夹矸石，矸石岩性主要以泥岩、砂岩为主。2106巷位于北盘区，巷道以南为北部盘区巷，西部距工作面500 m为8103工作面；2106巷为8106综放工作面运输巷（运输顺槽），巷道设计走向长度为991.4 m，巷道断面规格为宽×高=5.3 m×3.6 m，沿煤层底板掘进，留顶煤，煤层厚度为14.38 m，煤层中间夹杂一层岩石层，厚度为1.5 m，2106巷掘进时沿煤层底板以该岩石层为顶板掘进。该岩石层主要以炭质泥岩、细粉砂岩混合为主，岩石层继续往上为煤层，平均厚度为9 m，2106巷从北盘区轨道巷开口施工，已掘进790 m。根据矿地测科提供的2106巷水文地质资料显示，巷道掘进至850 m处将揭露一条F1正断层，断层落差为2.0 m，倾角为45°，掘进侧为断层上盘，巷道顶板下移；通过设计2106巷掘进至断层带处时将以6°斜坡留下盘顶煤上山掘进，巷道高度不变，当巷道掘进20 m遇断层下盘顶板岩石层，此时继续沿顶底板平行掘进。当巷道掘进至840 m处进入断层破碎区域，在构造应力的作用下施工巷道进入断层破碎区域顶板出现破碎、离层现象，当巷道过断层带上山掘进时断层下盘顶煤难以预留，出现顶板大面积冒落现象。采用传统的锚杆、锚索支护无法满足施工需求，对此机掘四队通过技术研究，决定对2106巷过断层破碎带时顶板采用钢棚+注浆联合支护，力求保证施工巷道安全顺利过断层破碎带。

2 原2106巷支护形式及存在问题分析

2.1 2106巷传统支护形式

2106巷初步支护设计中顶板采用锚杆、锚索、W型钢带联合支护，顶板采用长度为2.4 m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，直径为22 mm，顶板每排施工7根锚杆，间排距为0.8 m；顶板锚索采用长度为8.3 m，直径为21.8 mm预应力钢绞线，每排施工三根锚索，锚索间排距为1.6 m；顶板W型钢带长度为5.1 m，宽度为0.28 m，W型钢带与锚杆配套施工。见图1。

2.2 存在的问题

(1)当2106巷施工至840 m进入F1断层破碎带，此时施工巷道顶板出现大面积破碎现象，顶板压力加大，顶板锚杆、锚索预紧力不能满足支护需求，从而造成支护失效严重如锚杆折断、锚索锚固力下降等。

（2）传统支护设计中顶板铺设长度为2.4 m，宽度为1.2 m棱形金属网，在F1断层破碎区域金属网维护效果差，出现大面积网兜现象。

（3）当2106巷过F1断层带后按6°斜坡上山掘进时，由于断层下盘顶板三角煤柱最厚处达2.0 m，而顶板采用锚杆长度为2.4 m，此时锚杆锚固端处于煤层与岩石层之间，锚杆锚杆效果差。同时在上山掘进时受构造应力影响三角煤柱破碎严重难以预留，出现冒顶现象，加大了巷道施工难度。

3 钢棚+注浆联合支护应用

大斗沟煤业公司机掘四队通过技术研究，对2106巷过断层带期间顶板破碎区域架设密集工字钢棚，并对上山掘进区域顶板三角煤柱采用注浆进行维护，具体施工方法如下。

3.1 架设工字钢棚施工方法

（1）在2106巷掘进至840 m处开始架设工字钢棚，直至施工巷道过断层破碎带20 m后停止架设，钢棚间距为1.0 m，共计架设30架。

（2）工字钢棚主要有棚腿底座、两节棚腿和一节棚梁组成，棚腿长度为3.5 m，棚梁长度为5.0 m，棚腿与棚梁之间采用卡缆固定，棚腿与底座采用连接螺母固定。

（3）在架设钢棚前首先将稳赚底座处底板浮煤清理干净确保底座平稳，为防止底座不平造成钢棚架设不牢固可通过拉线得方式确定两个底座安装在同一水平面上。

（4）底座安装后依次对接棚腿、棚梁，由于棚腿较长，为确保棚腿安装后稳固在棚腿中部焊至一个直接为25 mm圆孔，然后施工固定锚杆将其与巷帮固定，见图1。棚腿与棚梁采用卡缆固定时必须确保卡缆螺母预紧力不得低于100 N·m。

（5）当相邻两架钢棚架设完后分别在顶梁与顶板之间，棚腿与巷帮之间填塞水泥背板，水泥背板规格为长×宽=1.2 m×0.3 m，水泥背板填充后必须确保背板与顶板、巷帮接触严实。

图1 2106巷过断层破碎带永久支护及钢棚支护

3.2 注浆支护施工方法

注浆支护即在工作面施工注浆钻孔，然后用高压注浆泵向钻孔内注射混合比凝固液，从而得到加强破碎煤体胶结稳定性的目的，2106巷过断层时注浆支护施工方法具体如下：

（1）当2106巷施工至845 m处时对顶板施工注浆支护，注浆孔施工在距工作面顶板1.2 m处，每排施工四个注浆钻孔，钻孔间距为1.3 m，注浆钻孔与顶板成10°夹角布置，靠近两帮钻孔与巷帮成60°夹角布置，钻孔深度为5.0 m，见图2。

（2）当工作面注浆钻孔施工完后采用型号为ZKDY50-70高压注浆泵进行注浆，注浆压力不得地狱3.5 MPa，注浆液采用马丽散与催化剂混合比为1∶1混合液。

（3）在注浆过程中当破碎煤体出现浆液渗出时停止注浆并及时对注浆孔进行封孔，注浆5 h后施工巷道方可继续掘进。

（4）当巷道掘进3 m 后施工第二排注浆钻孔并进行注浆，施工工艺与第一排相同，直至2106巷上山掘进完成。

图2 2106巷过断层破碎带注浆支护

4 结语

大同煤矿集团永定庄煤业公司2106巷过断层破碎带时，采用钢棚支护解决了施工巷道在断层破碎带处顶板压力加大传统的锚杆、锚索支护失效、支护效果差等难题，同时对断层下盘顶板三角煤柱采用注浆支护大大提高了破碎煤体的胶结稳定性。实践证明2106巷采用钢棚+注浆联合支护过断层破碎带时巷道掘进量达5 m/d，比计划提前3d完成任务，在过断层破碎带期间未发生一起人员伤亡、机电设备损坏等安全事故，取得了显著的经济安全效益、经济效益。

〔1〕孙 涛.掘进工作面过断层破碎带支护技术研究[J].山东煤炭科技，2011（5）：27-28.

〔2〕徐振华.注浆支护在采掘面过断层带中应用[J].煤炭科技，2009（3）：65-66.

〔3〕贺 宝.掘进工作面冒顶区域支护工艺优化设计[J].煤，2014（9）：107-108.

〔4〕李 鑫.架棚支护在2208工作面过断层带中的应用分析[J].煤矿现代化，2011（2）：14-16.

〔5〕郭占元.煤矿采掘工作面过断层加强支护研究与应用[J].现代矿业，2008（4）：112-113.